为了提高硼的燃烧效率,采用溶胀-吸附-溶解团聚-成球法制备了n-B/n-Ti/NC三元球形团聚颗粒。采用SEM和DSC对颗粒的微观结构特征及热稳定性进行了表征,并通过激光点火系统对其燃烧特性进行了研究。结果表明,在团聚颗粒制备过程中,n-B和n-Ti可被吸附进入溶胀的NC毛细管中,从而形成以NC为团聚材料、n-Ti为助燃剂、n-B为高能燃烧剂,元素均匀分布、密实度高、成球率高的三元球形团聚颗粒; 当NC、n-Ti和n-B的质量分数分别为17%、8%和75%时,团聚颗粒具有最短的点火延迟期(3.42ms)和燃烧时间(8ms); 团聚颗粒各组分的相容性较好,具有较强的热稳定性。

针对推进剂、发射药和炸药中组分迁移的机理、迁移规律的特性表征、迁移的影响因素以及迁移的抑制,介绍了以浓度梯度和极性作用为迁移驱动力的浓度扩散理论与极性作用理论,归纳了基于先进分析技术和迁移动力学的组分迁移量及迁移能力表征方法,阐述了温度、分子间相互作用、交联密度、位阻、结构等因素对组分迁移的影响,总结了化学合成法、材料改性法、添加剂法等迁移抑制方法,提出了建立快速、无损的组分迁移表征方法、完善迁移模型以及新型抗迁移组分的合成等发展方向。附

从减少外界刺激的影响和优化含能材料结构设计的角度出发,综述了单质含能材料在不同降感策略下的降感机制,具体包括缓冲、润滑、导电、吸热和绝热、改善含能材料晶体品质和增强含能分子稳定性等; 分析了多维度降感策略,如使用多功能的降感材料和耦合多种降感手段对应的综合降感机制; 提出了今后含能材料降感的发展方向:研发兼具高能和钝感特性的含能材料,研究含能材料降感机制与使用环境的关联性,以及从分子尺度建立普适性更强的定量化描述感度的模型,为设计新型高能钝感含能材料提供理论指导与技术支撑。附参考文献93篇。

针对膏体推进剂的近燃面区域热解与燃烧过程,对膏体推进剂进行了激光点火燃烧实验,同时基于课题组自主开发的多相化学反应数值求解器,结合14组分14基元化学反应方程对膏体推进剂近燃面区域的热解和燃烧特性进行了研究; 通过实验得到推进剂燃烧火焰的宏观结构并测量恒压条件下膏体推进剂燃烧速率; 通过数值计算分析了膏体推进剂恒压条件下燃烧火焰结构和化学反应次序,同时计算了不同环境压力对膏体推进剂的燃烧过程的影响。结果表明,拟合得到的压力燃烧速率曲线与实验结果吻合较好,在实验压力范围内,对膏体火箭发动机燃烧室内推进剂的燃烧速率具有较好的预测能力; 膏体推进剂燃烧最先发生的反应是AP的分解,而较高的环境压力限制了一次燃烧气体的扩散,但增强了对膏体域的热反馈效应,提高了膏体推进剂的燃烧速率。

为了研究HTPB复合固体推进剂药浆浇铸的最佳工艺参数,采用实验与理论模拟相结合的方法,基于HTPB复合固体推进剂药浆流变性能建立了推进剂药浆流动过程的本构模型; 利用有限元软件对HTPB复合推进剂药浆浇铸工艺进行仿真,通过实验验证了仿真结果的可靠性; 并对该推进剂药浆浇铸工艺进行了优化,获得了最佳浇铸工艺参数。结果表明,HTPB推进剂是典型的假塑性流体,其黏度随剪切速率增大而降低; 实验与仿真对比后的气孔率及浇铸时间误差分别为12.5%和11.25%; 其中,温度对浇铸时间的影响最明显,真空度对气孔率影响最明显。

介绍了高速摄影技术、光谱测试技术、激光干涉技术、太赫兹波多普勒测量技术的工作原理及近年来技术上的突破,并介绍了这些技术在炸药爆轰测试领域的应用情况,其中高速摄影技术与激光干涉技术被广泛应用于爆速、爆压测量和冲击起爆领域,光谱测试技术主要用于爆温测量与爆轰产物组分分析,太赫兹波多普勒测量技术用于炸药爆轰波测量; 分析了光电测试技术应用于爆轰性能研究的优缺点并对未来爆轰性能测试技术的发展进行了展望,认为加强炸药爆轰微观测试技术研究、拓宽现有光电测试技术应用领域并将测试数据处理与大数据技术结合是未来炸药爆轰性能研究的重点。附参考文献128篇。

为了改善HMX的安全性能,将低感度的FOX-7作为二元共晶的另一组分,通过超低温辅助重结晶法制备了不同摩尔比的HMX/FOX-7纳米共晶; 采用SEM、XRD、FT-IR、DSC-TG对HMX/FOX-7纳米共晶的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了分析。结果表明,HMX/FOX-7纳米共晶主要为类球形颗粒堆叠的多孔结构,其粒径主要分布在0.1～0.5μm之间; 在HMX/FOX-7纳米共晶的形成过程中,液氮对溶液的“低温冻结”以及HMX、FOX-7分子间氢键的形成对纳米共晶的形成具有显著影响; HMX/FOX-7纳米共晶的表观热分解焓相比原料大幅上升,并随HMX含量的增加而升高; 与原料HMX相比,HMX/FOX-7纳米共晶的机械感度均大幅下降。当HMX、FOX-7的摩尔比为1:3时,HMX/FOX-7纳米共晶具有最低的机械感度,撞击感度大于45J,摩擦感度为288N。

介绍了硝基芳烃、硝酸酯、硝胺及其他类含能材料的微反应合成,对现有的单质含能材料的微反应合成工艺进行分类叙述,点明了微反应技术可以显著提高产物收率和选择性、减少反应时间以及增加传质和传热效率等优势,并对微反应合成中的堵塞等焦点问题进行了分析; 同时阐述了微反应技术在微纳米含能材料制备及复合含能材料制备中的应用,突出了微反应技术在含能材料粒径、形貌调控及连续化制备等方面的优势,并对现有的技术难点进行了总结,对未来的研究方向进行了展望。指出将微反应技术与数值模拟相结合进行反应及传热结构优化设计、探索反应机理,是微反应技术在含能材料制备领域的重要研究方向。附

通过对比金属燃料的氟化/氧化生成物的生成焓及相变温度等物理化学性质的差异,归纳总结了金属基含能体系的氟化释能反应特征及其潜在应用优势; 从典型含氟氧化剂种类及其特性,以及含氟氧化剂在烟火药、推进剂、炸药及铝热剂中的应用等方面,对基于含氟氧化剂的复合含能体系的研究进展进行了梳理; 对含氟氧化剂在复合含能体系中的应用研究发展方向进行了展望。指出应系统开展基于不同氟源的复合含能体系的计算化学研究,从原子/分子层面加深对基于氟化反应的热力学和动力学机制及其构效关系的理解; 此外,还应加深对燃烧反应氟转移机制及预点火条件下界面间氟渗入机理的研究; 在此基础上,从纳米建筑学和反应路径设计的角度,开发适用于不同场景的含能材料的新型含氟氧化剂。附参考文献137篇。

为了研究生物质燃料的爆炸性,采用TG-DTG热重分析法,分析了几种常见生物质燃料(秸秆、木屑、花生壳)及其混合物的燃烧性能以及动力学参数; 采用扫描电子显微镜(SEM)对几种生物质燃料的微观形貌进行了观察和分析; 利用元素分析仪对该木粉+花生壳粉混合燃料进行了元素分析,基于元素组成计算了其氧化反应所需氧元素的量,然后开展了爆炸试验。结果表明,木粉+花生壳粉(质量比1:1)混合燃料的稳燃特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较高,燃烧性能较好,且活化能适中,表面呈现多孔状且粗糙度较高,自由面较多,比表面积大,更易于燃烧。在直径40mm、长200mm、壁厚1.5mm的钢管内,装40g该混合燃料,充5MPa氧气,能够被一发8号电子雷管成功起爆,基本不产生有毒气体,钢管被炸成不同尺寸的碎片,大部分碎片尺寸在50mm以内。说明生物质燃料在一定的条件下具有爆炸性。

采用微通道式反应技术,以2,4,5-三碘基咪唑(2,4,5-TII)为原料,分别在20%、50%、65%、98%不同质量分数的硝酸中进行硝化反应,合成2,4,5-三硝基咪唑的咪唑盐(2,4,5-TNI咪唑盐); 采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振光谱(NMR)、元素分析(EA)和熔点测定法等表征了产物结构。结果表明,采用微通道式硝化反应技术时,由2,4,5-TII制备2,4,5-TNI咪唑盐最优工艺条件为:2,4,5-TII与98%硝酸摩尔比为1:20、在微通道式反应器停留时间6min、反应液温度70～72℃,得率为21.8%。微通道式反应工艺与常规釜式反应工艺相比,具有反应时间短、硝化试剂用量降低、反应温度略有降低、得率略有提高的优点,但也无法完全避免氧化副反应的发生。

为了研究发射药塑化过程中的特征参数,基于双螺杆“塑化-挤出”的方法,研究了溶剂、增塑剂种类和塑化时间对单基药塑化工艺的影响; 利用Owens三液法计算乙酸乙酯(EAC)、四氢呋喃(THF)、丙酮(ACE)和1:1醇酮混合溶剂塑化后NC的表面张力,并进一步研究了不同增塑剂对表面张力的影响。结果表明,1:1醇酮混合溶剂塑化90min后NC表面张力最高(43.07mN/m),且不会粘壁粘杆,是本研究中最合适的溶剂; 通过接触角计算不同塑化时间时不同含氮量(12.14%、12.80%和13.45%)NC的表面张力,其表面张力最大值均出现在90min; 拉伸力学性能研究表明塑化时间为90min时,12.80%NC的单基药同时具有最大抗拉强度(39.10MPa)和最大断裂伸长率(16.9%),与经验法判断塑化效果较好的时间一致; 含氮量12.14%和12.80%NC表面张力最大值随着增塑剂含量的增加均提前至60min出现,13.45%NC表面张力最大值仍于90min时出现; 对应条件下,各组样品的抗拉强度及断裂伸长率与表面张力具有相同的变化趋势。因此,在NC塑化过程中,表面张力与溶剂、增塑剂和塑化时间相关,且与拉伸力学性能变化趋势具有一致性,可作为发射药塑化效果初步判断的特征参数之一。

以自制的硝酸锌共晶溶剂(nitro-DES)为硝化试剂,合成了Ag/g-C₃N₄光催化剂,在温和的非酸体系中与苯甲醚硝化反应制备得到二硝基苯甲醚(DNAN); 采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)与能量色散X射线(EDX)光谱等对Ag/g-C₃N₄光催化剂进行表征,并对光催化硝化制备二硝基苯甲醚(DNAN)的机理进行了预测。结果表明,以等摩尔比配制的硝酸锌与氯化胆碱可自发形成一种低熔点的透明极性溶剂,便于可见光能量的输入与传递,同时提供硝化反应的硝基来源; 贵金属的掺杂可显著提高C₃N₄的光催化活性,以氙灯模拟太阳光、反应温度为55℃、光照时间为3h,即可使90%以上苯甲醚转化为DNAN,根据自由基抑制实验,推测其中涉及氮氧自由基为中间体的硝化机理。

为了研究固体推进剂的断裂性能和裂纹扩展机理,介绍了固体推进剂断裂及裂纹扩展的理论研究和常见数值仿真方法,指出扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)是模拟固体推进剂断裂最常见的数值仿真方法; 总结了固体推进剂断裂特性的影响因素,对固体推进剂界面脱湿机理试验研究进行了综述。其中,相较于裂纹尺寸和加载速率,温度、老化和围压3种因素可以改变固体推进剂的裂纹扩展机理。最后对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望,认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附

针对线状硝胺含能增塑剂(DNDAs)合成过程中,前驱体甲硝胺(NMA)硝化反应存在放热剧烈、在线量大、有安全隐患等问题,采用微反应技术,以1,3-二甲基脲为原料、硝硫混酸为硝化剂进行硝化反应,进一步水解合成出关键中间产物NMA,并表征了其结构,对反应条件进行了优化。结果表明,微反应技术解决了甲硝胺合成过程中硝化反应放热量大、在线量大等导致的反应难以控制、安全风险高的问题; 得到优化后的微反应器硝化反应最佳工艺条件为:温度为15℃,硝酸、硫酸、1,3-二甲基脲的摩尔比为1:0.78:0.67,平均反应时间为22.5s,甲硝胺收率达到90.7%,纯度为99.2%。表明该工艺具有反应温度高、安全性高、反应速率快、产品收率高等优点。

为了研究TiZrNbHf RHEA在动态冲击下的力学特性,使用20mm口径的一级轻气炮试验平台进行非对称平板撞击试验; 通过扫描电子显微镜对回收试样进行分析,从微观角度分析其层裂机制。结果表明,在塑性波冲击峰值压力范围为0～20GPa时,TiZrNbHf RHEA的层裂强度范围为1.81～2.41GPa,RHEA的层裂强度明显低于3d族元素HEA; TiZrNbHf RHEA的Hugoniot弹性极限随着冲击速度增大而增大,从3.05GPa增大至3.57GPa,其加速度也随冲击速度增大而增大; 试验得到的Hugoniot状态方程显示出线性关系,通过冷能混合法得到的状态方程与试验数据相比较低,但在实验范围内可以用来预测材料性能。对回收试样的金相分析表明,SE和BSE图显示孔洞相连形成裂纹,其损伤区域存在大量的韧窝和少量的河流状花样,表明其损伤模式为韧性断裂为主的混合断裂模式。

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕; 建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕形成方式下的发射过程进行了数值模拟,分析了装填参数对发射内弹道性能的影响。结果表明,与全淹没式发射相比,气幕式发射可将最大膛压降低89.4%,射弹初速提高53.3%; 推进用包覆火药的包覆层燃速指数从0.75增大到0.78时,气幕排水时间缩短,弹丸启动时管内燃气体积分数大幅降低,弹丸初速降低,但内弹道全过程大幅缩短,发射频率提高; 包覆层厚度的微小变化对内弹道性能影响较小。

总结了固体推进剂断裂特性的影响因素，对固体推进剂断裂性能及裂纹扩展的研究进展进行了综述；介绍了模拟推进剂断裂及裂纹扩展等过程的常见数值仿真方法；对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望，认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附参考文献75篇。

为研究通过静电喷雾制备 Cu-en/AP 复合微球的最佳工艺条件,并揭示静电喷雾过程中液滴性质和流速变化对实验结果的影响,采用 ANSYS(Fluent)模拟正交实验设计静电喷雾法制备Cu-en/AP复合微球的最佳工艺条件; 采用控制变量法模拟流速、溶剂比和固体质量对实验结果的影响。结果表明,流速为 2.67×10^-3kg/s,丙酮与去离子水的质量比为1.5:1.0,固体质量为200mg的工艺条件下,复合微球的理论粒径可以达到纳米级。由静电喷雾发射的液滴在电场内的运动轨迹没有明显的偏差。模拟结果表明,颗粒直径随流速的增加而减小,在此过程中,当流速为1×10^-3kg/s时,这种下降趋势开始缓和; 当增加溶剂比(丙酮含量较高)时,在刚开始时粒径减小,该趋势一直持续到比例为1.5:1.0左右,而后逐渐增大; 固体质量的增加也会导致颗粒直径的减小。在固体质量约为220mg 时,颗粒直径开始线性增加。通过最后的SEM扫描电镜图证实了在该工艺条件下Cu-en/AP复合微球达到了纳米级。

为了研究近海底水下爆炸气-液-固多相耦合作用下的气泡脉动及水射流特性,采用欧拉方法建立不同底质/水深条件下近海底水下爆炸数值模型,对泥底条件下的近海底爆炸全物理过程进行了仿真,并与实验结果进行了对比,结果吻合良好,验证了算法在求解近海底水下爆炸气泡问题的有效性; 在此基础上,探讨了海底底质及水深对近海底水下爆炸气泡形态、半径、周期及水射流的影响。结果表明,在气泡能够分裂的计算结果当中,海底底质越硬,气泡分裂越快,水深越深,气泡分裂越慢; 气泡形态也受底质和水深影响,海底底质越硬,水深越深,气泡在收缩阶段形态将由圆棋子状转变为尖棋子状,气泡最大半径和周期越小,分裂瞬间上方气泡在总气泡体积中占比越大,因分裂产生的两股水射流速度峰值越小; 下方水射流演化过程中会形成反向水射流,底质越硬,反向水射流速度峰值越大,在所有计算工况中,深度参数(H_ref)在250～750范围内,反向水射流速度峰值与H_ref正相关,H_ref在750～1000范围内,两者负相关。

为了研究金属丝对固体火箭发动机药柱燃速的影响,选择6种导热性能和力学性能均较优的材料,做成细丝嵌入到HTPB推进剂内开展点火试验。分析了材料增速比与抗拉强度的关系以及压强对增速比的影响,开展了基于传热理论及燃面反算的增速比瞬态分析,对比分析了不同材料物性参数对增速比的影响。结果表明,铜银合金、银镍合金的抗拉强度是纯银的2.1倍、3.6倍,增速比分别为纯银的94%和43%,合金材料的增速比和强度更均衡; 工作平稳段平均压强从3.8MPa上升至9.1MPa时,银镍合金最大增速比从2.5提升至2.8; 高压下增速比从0升至最高3.25,随后降至2.65并趋于稳定,增速效果波动较大; 低压下基本无上升下降趋势,增速效果更稳定,与理论分析趋势吻合较好; 不同材料熔点、比热容与增速比呈负相关,与导热系数呈现正相关。

利用CO₂激光点火燃烧试验系统研究了HTPE固体推进剂的点火能量和燃烧特性,分析了压力、气氛、初始温度(-50～70℃)和燃速调节剂对HTPE固体推进剂燃速、火焰形态、燃烧温度和最小点火能的影响。结果表明,相对于端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂,HTPE固体推进剂的火焰强度、燃速、燃烧温度较低; 温度、压力和氧气含量的增加可提高HTPE固体推进剂的燃烧强度并降低其最小点火能量,在-50℃环境下,3种HTPE固体推进剂(HTPE_0、HTPE_Ca、HTPE_Sr)的最小点火能量分别为0.738、1.038和1.862J,低温初始环境能够显著增大最小点火能; 碳酸钙和碳酸锶对HTPE固体推进剂的燃速具有抑制作用。

为研究弧锥结合药型罩形成爆炸成型弹丸过程中,药型罩圆弧-锥角部分对爆炸成型弹丸性能的影响,控制其他变量保持不变,取圆弧-锥角在药型罩母线长度所占比例分别为1/7、2/6、3/5、4/4、5/3、6/2、7/1,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行模拟计算,得到相应数值模拟结果,最后通过试验验证数值模拟结果,分析了不同比例圆弧-锥角药型罩形成爆炸成型弹丸数值模拟结果中的速度、长度、压实状况等参数。结果表明,爆炸成型弹丸的速度随圆弧-锥角比例的增大而逐渐减小并在比例为3/5后保持稳定; 弹丸断裂时间随圆弧-锥角比例的增大而减小; 圆弧-锥角比例为3/5～5/3之间弹丸均断裂为3个部分,6/2比例从中间断裂,3/5至7/1比例中,变化不明显; 综合比较速度、断裂时间、断裂部分数等参数,圆弧-锥角比例为5/3速度最大为2123m/s、断裂数量最少为3、压实程度良好,飞行性能和侵彻能力等综合性能更好。通过试验测量弹丸速度,与数值模拟结果误差在5%左右,充分证实研究结果的可靠性。

为了探索水中爆炸初始冲击波近场的传播特性和衰减差异,扩展水箱法测爆压试验的研究范围,采用高速摄影狭缝扫描测试方法,对3种典型的柱状炸药(TNT、JH-14、JO-9159)水中爆炸过程进行了测试研究,测量获得了一维正平面水中初始冲击波传播的时间历程演化曲线; 由此拟合计算出柱状炸药的水中初始冲击波传播速度随时间的变化曲线,进一步由水的冲击雨果尼奥方程和冲击波动量方程、界面上压力和质点速度连续的条件及声学近似理论,计算得到了水中爆炸初始冲击波阵面压力的衰减曲线和炸药试样的爆压、多方指数等爆轰参数。结果表明,水中爆炸初始冲击波阵面压力近似以指数形式衰减,初始阶段衰减极快; 当炸药爆压为20～37GPa时,水中冲击波初始速度处于5.66～6.81km/s的范围,波阵面初始压力与炸药的爆压近似成线性关系; 虽然JO-9159的爆速和爆压均高于JH-14和TNT,但其水中初始冲击波传播仅在7μs后,其冲击波速度与波阵面压力下降至最低,说明以HMX为基的理想炸药水中爆炸初始冲击波速度和波阵面压力的衰减率要高于以RDX为基的理想炸药和TNT,高爆速、高爆压类理想炸药在水中初始冲击波性能方面优势不显著。

为了探索金属锆粉(Zr)与高能氧化剂复合体系的热分解以及燃烧性能,以4种含能材料(EMs)AP、CL-20、HMX、DAP-4及其Zr/EMs样品为主体,采用差示扫描量热分析、全自动量热法和自主搭建的燃烧实验系统,对样品的热分解行为、燃烧热及点火燃烧过程进行对比分析,收集部分燃烧产物进行表征; 分析了Zr/DAP-4的燃烧机理。结果表明,DAP-4的耐热性能、燃烧热释放等均优于其他EMs样品; 添加Zr后样品的燃烧热更高,E_a更低且热分解温度保持在373.8℃,燃烧性能优于纯DAP-4。相比于Zr/CL-20和Zr/HMX的热分解,Zr/DAP-4的起始分解温度和峰温更高,表观活化能E_a更低,仅为138.7kJ/mol,燃烧热高达17134J/g。从燃烧动态可知,Zr/DAP-4的全过程燃烧仅需要170ms,反应迅速且剧烈,其火焰强度优于其他3种样品。燃烧产物分析表明,Zr/DAP-4燃烧生成了ZrO₂等固体和H₂O、HCl等气体产物。综合分析,Zr/DAP-4具有更高的能量特性和更好的燃烧性能,在未来推进剂配方设计中有很大的应用潜能。

针对爆轰叠加效应下缺陷圆环断裂行为问题,理论分析了含波形调整器装药中爆轰波传播过程,获得了波形调整器厚度的取值范围,在设计的战斗部结构基础上,采用试验验证的数值模型研究了蒙皮参数、波形调整器参数、矩形切口参数、炸药类型对缺陷圆环断裂行为的影响规律。结果表明,波形调整器能够实现多源同步爆轰叠加并作用在圆环上,圆环能够在爆轰波叠加压力作用位置(M位置)和矩形切口位置(D位置)同时发生断裂; 蒙皮相对厚度、切口相对深度及切口相对宽度越大越不利于M位置的断裂; 爆轰波叠加压力、切口相对间距及作用在D位置的爆轰波曲率半径越大越利于M位置的断裂; 当蒙皮相对厚度H/T为0、切口相对宽度为K/R为0.015、切口相对间距J/R为0.45～0.88、沟槽相对间距L/R2为0.39～0.77、沟槽相对宽度G/R₂为0.1～0.167、装药类型为Comp B炸药或Octol炸药,切口位于圆环外壁时,圆环能够同时在M位置和D位置发生断裂,且具有较大的毁伤威力。

为了提高水中兵器爆炸毁伤能力评估的准确性,解决现有技术方法无法准确反映近场爆炸能量的问题,开展基于聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)的爆炸能量近场测试技术研究; 利用PVDF薄膜优异的压电性能设计近场压力传感器,并开展水下爆炸试验验证了冲击波压力采集系统的可行性。结果表明,所设计的传感器具有优良的绝缘防护和隔热效果,实现了亚吉帕级压力测量,适用于装药水下爆炸能量的近场测量; 压力测量系统能在3.4倍装药半径位置处采集到峰值达500MPa的完整压力时程曲线,测量结果与Josef Henrych经验公式计算结果的最大偏差为7.3%,最小偏差为0.3%; 基于试验测量的近场压力时程曲线,得到TNT炸药在3.4倍装药半径处的平均比冲击波能为0.991MJ/kg,验证了设计的PVDF压电薄膜传感器适用于精确测量装药的近场水下爆炸能量。研究成果可为装药水下爆炸能量精确测量提供重要方法。

针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程; 结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。

基于简单的生产单重乳液的液滴微流控技术,结合相分离和结晶固化的方法,制备出具有对硝基苯甲醛(p-NBA)核层和聚苯乙烯(PS)壳层的核壳结构微球,一步完成了对高能炸药3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的模拟物p-NBA的包覆; 通过调控p-NBA、PS以及赋形剂乙基纤维素(EC)的含量配比,可以得到不同结构和形貌的微球,并研究了上述因素对核壳结构微球的影响; 基于高能炸药DNTF的包覆钝化效果和包覆量双重条件,在使用大相对分子质量(M_r=300000～350000)PS情况下,得出最佳实验条件为:EC和p-NBA质量比为1:10,PS质量分数为8%。结果表明,赋形剂的添加有助于促进p-NBA的结晶,使其能够在液滴相分离的时候形成球形颗粒,从而被完整包覆; PS在微液滴中的初始质量分数越大,形成的壳层越厚、球形度越高,但封装DNTF的壳层越厚,爆炸威力会降低。

为了增加含能材料在生产、使用中的安全性能,利用微流控技术,以改良型氟橡胶作为黏结剂,采用LLM-105和CL-20为原料,成功实现了高能钝感LLM-105/CL-20复合材料的连续且安全的制备; 采用场发射扫描电镜(SEM)观察了样品的微观形貌,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X 射线衍射(XRD)分析了样品的结构和晶型; 采用DSC分析了样品的热分解性能; 测试了原料CL-20及复合粒子的机械感度。结果表明,在优化条件下,即溶剂与非溶剂流速比为1:6,黏结剂质量分数为6%,总流速为80mL/min时,LLM-105能够有效地包覆在CL-20表面,粒径分布范围为0.19～3.92μm; 通过FT-IR和XRD表征,进一步证明LLM-105成功包覆在CL-20表面; 复合粒子的撞击感度从10cm提升至55cm(落锤质量为2kg),显著增强了其安全性能。表明微通道内制备LLM-105/CL-20复合粒子的方法具有降感效果显著的优点,且该方法易于操作,适合连续安全生产。

为了提高3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的使用安全性,利用微流控技术将其与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)进行复合,分别制备了质量比分别为50:50、60:40和70:30的DNTF/LLM-105复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的DNTF/LLM-105复合材料进行了形貌及结构表征; 采用DSC法测试了3种复合材料的热分解性能; 测试了3种复合材料的机械感度。结果表明,3种复合材料均为棱柱形,颗粒尺寸较原料明显减小,热分解峰温分别为269.0、262.6和255.4℃,较原料DNTF分别提前了21.2、27.6和34.8℃; 机械感度测试结果表明,相比于原料DNTF,微流控技术制备的复合材料的特性落高分别提高了(50±2)、(45±2)和(45±2)cm; 相比于原料LLM-105,复合材料的特性落高分别提高了(15±2)、(10±2)和(10±2)cm; 复合材料摩擦感度的临界载荷均大于360N。说明利用微流控技术可以制备出颗粒尺寸小、机械感度优于含能材料单体的复合材料。

为了探索球形奥克托今(HMX)的制备方法,以二甲亚砜为溶剂,二甲基硅油/四氯化碳(体积比为1:2)为非溶剂,硝化棉为黏结剂,采用液上滴落成球、液下扰动成球和微流控成球3种方法研究了HMX在不互溶体系中的制备及性能; 通过扫描电镜、X-射线衍射仪、热分析、摩擦感度仪和撞击感度仪等,表征了样品的形貌、晶型、活化能、摩擦感度和撞击感度。结果表明,液上滴落成球法可以制备出球形HMX,其粒径在1500μm左右; 液下扰动法同样可以制备出球形HMX,其粒径在950μm左右; 微通道法制备的HMX球形度偏低,粒径在300μm左右。3种方法制备HMX晶型均与原料HMX的一致,为β晶型; 液上滴落成球方法制备的HMX活化能相比原料值提高了141.22kJ/mol,撞击感度降低了2J,摩擦感度由原来的120N降至240N; 液下扰动成球和微流控方法制备的球形HMX活化能比原料分别提高了5kJ/mol和21kJ/mol,HMX撞击感度没有明显改变,摩擦感度由原来的120N降低至216N,表明该微球结构取得了良好的降感效果。

采用微通道式反应技术,分别以1-甲基-2,4-二硝基咪唑(2,4-MDNI)与硝硫混酸硝化反应、2,4,5-三硝基咪唑钾盐(2,4,5-TNIK)与硫酸二甲酯(DMS)甲基化反应,合成了1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI); 采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR))、核磁共振光谱(NMR)、元素分析(EA)、熔点等表征了其结构。结果表明,采用微通道反应技术,基于2,4-MDNI硝化工艺的最优条件为:2,4-MDNI和发烟硝酸摩尔比为2:3、发烟硝酸和20%发烟硫酸体积比为1:2、在微通道反应器中停留时间为12min、反应器中反应液温度为75℃,得率和纯度分别为78.1%和99.2%。基于2,4,5-TNIK甲基化工艺的最优条件为:2,4,5-TNIK、DMS和K₂CO₃摩尔比为1:2:2、在微通道反应器中停留时间为20min、反应温度为70℃,得率和纯度分别为71.3%和99.4%。由此可得,微通道式反应工艺与常规釜式反应工艺相比,具有反应时间短、硝化试剂用量少、反应温度略有降低、得率略有提高的优点。

为了研究示踪标识物与水胶炸药的化学相容性,在水胶炸药中分别添加质量分数分别为0、1%、3%、5%的示踪标识物(一种稀土元素氧化物的微米级颗粒),通过扫描电镜、测时仪法、铅柱压缩法和同步热分析技术,对水胶炸药的微观结构、爆炸性能以及热分解特性等进行研究,并用X射线荧光光谱仪对水胶炸药进行探测。结果表明,随着示踪标识物的质量分数由0增加到5%,水胶炸药的微观结构、爆速与猛度均未发生明显变化,热稳定性良好; 爆速变化范围在1.0%左右,猛度变化在5.0%以内; TG曲线与DTG曲线基本一致,热分解过程没有明显变化; 在转化率小于40%时,未添加示踪标识物的样品活化能小于添加了示踪标识物的其他3个样品,转化率由50%增加至70%,尤其当达到80%时,4个样品的活化能比较接近,说明添加示踪标识物对水胶炸药的热分解稳定性没有明显影响; 在X光管电流为0.1mA和电压为50kV的激发条件下,添加质量分数0.05%示踪标识物的水胶炸药,示踪元素特征X射线的谱峰最明显,计数率达到597394CPS,说明水胶炸药添加质量分数0.05%的示踪标识物可满足示踪安检要求。

为了提高杀菌高能薄膜的燃烧性能和碘含量,使用Al/Ca(IO₃)₂/30% PVDF膜(30PVDF)封装39% Al/Ca(IO₃)/(5%或10%)PVDF铝热剂(5PVDF或10PVDF)得到“三明治”结构的3、5、7和9层薄膜,并通过燃速和火焰温度测试以及DSC-TG热分析研究了铝热剂层活性及其分布结构(层数和厚度)对“三明治”结构薄膜燃烧性能和释能效应的影响规律,同时探究了薄膜各组分间的反应温度和反应机理。结果表明,封装39% 5PVDF铝热剂“三明治”结构薄膜比封装10PVDF的燃速高18%～35%,表现出更好的燃烧性能,其中5层薄膜具有最大燃速,二者分别为10.2cm/s和8.6cm/s,综合了30PVDF膜层的厚度、低燃速和膜-铝热剂层在界面的传质传热效率的影响; 并且多层薄膜的平均火焰温度随着铝热剂厚度的减小而增加。DSC-TG结果表明,Al/Ca(IO₃)₂/PVDF基多层薄膜主要在330～410℃发生Al-Ca(IO₃)₂-PVDF释碘放热反应,Ca(IO₃)₂/PVDF(质量为1.55:1)在320～350℃的剧烈放热反应和燃烧产物中的AlF₃、CaF₂、CaO等进一步证实了该反应的发生。

为研究某高燃速丁羟推进剂药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性,制备了两种高燃速药浆(含气率分别为1.6%、0.3%)、两种丁羟推进剂(燃速分别为35mm/s和5mm/s); 利用自制加热装置、分离式霍普金森压杆(SHPB)、落锤撞击设备开展实验,借助同步热分析红外光谱联用、显微CT扫描、高速摄影等技术分析了推进剂和药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性。结果表明,高燃速推进剂的热点火温度(241.6℃)显著低于药浆,药浆热点火温度呈现较小的含气率正相关性(含气率为1.6%、0.3%的药浆热点火温度分别为261.3、255.7℃); 高燃速药浆的撞击点火阈值受含气率和约束方式影响显著,在无径向约束的SHPB撞击实验里药浆点火阈值与含气率正相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为71J和33J),即高含气率药浆不易撞击起火; 有径向约束的落锤实验药浆点火阈值与含气率负相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为7J和9J),即高含气率药浆撞击时更易撞击起火。

为揭示含能晶体材料的组成-结构形态-感度的关系,分别从晶体结构、晶体形态、多组分晶体的组成和复合结构等方面,系统总结了不同晶体形态特征、以及测试条件和试样状态对撞击感度的影响及规律,探究了其基本原因。指出含能晶体材料的晶形、粒度、缺陷和聚集态结构等特征形态对撞击感度影响规律的认识主要还是宏观的或定性的,影响的极限程度和定量关系不清楚; 共晶、掺杂、复合等多组分复合晶体的构筑机理不清,没有建立组成和结构与感度的定性定量关系; 不同晶体特征对撞击感度的作用机制还未得到统一认识。由此,提出了从晶体结构设计、晶体颗粒形态调控、复合晶体设计与构筑等方面以进一步降低撞击感度的策略,为继续开展高能低感含能晶体的研制和应用提供指导。附参考文献128篇。

为了研究不同气氛环境下脉冲激光溅射含氮化合物产生的等离子体特性及其演化过程,以氮化硼(BN)作为靶材,使用脉冲激光分别溅射氮气、空气和近真空环境中的BN,通过光谱仪采集不同延迟时间下溅射所产生的等离子体信号,揭示了等离子体的生长及消亡过程。结果表明,在空气中溅射BN会生成大量氧等离子体并呈现特征光谱峰,而在氮气或近真空环境下溅射时,该特征峰基本消失; 在氮气中溅射BN时,产生的氮原子(N I)、一价氮离子(N II)和三价氮离子(N IV)数量较多,并且氮等离子体存在时间最长,N I和N IV的存在时间分别最长可达4400ns和3450ns; 在3种不同溅射环境下,激光溅射氮气中的BN最有利于氮原子簇的制备。

针对含能材料微流道制备过程中缺乏温度原位监测手段的问题,提出一种集成薄膜温度传感器的微反应器系统; 微反应器由包含薄膜温度传感器的玻璃基片与包含微流道的硅基片键合组成; 微流道的上游、中游、下游分别放置了3个温度传感器,以实现微反应过程中高空间分辨率的温度测量; 基于该微反应器,搭建了六硝基茋(HNS)连续化微流道制备系统,实时监测了HNS微纳米化及球形化过程中的温度变化。结果表明,微反应器具有精度高、耐腐蚀、可观测的优点; HNS微纳米化是一个放热反应,流体最大温升为6.4℃,由于HNS的逐渐析出,流体中的固体含量增大,流速变慢,流体温度的分布发生变化; 在HNS球形化过程中,两相流体的混合是一个放热过程,流体最大温升为2.3℃; 微流道中游处的温度明显高于上游与下游,说明当液滴流动至中游时,HNS微球已经制备完成。